具有改进的串行总线的低成本LED驱动器制造技术

用于驱动外部LED串的LED驱动器IC包括彼此串联连接并且与其他驱动器IC中的前缀寄存器和数据寄存器串联连接的前缀和数据寄存器。驱动器IC的前缀和数据寄存器与接口IC以菊花链布局连接，接口IC将识别功能锁存器的数据加载到前缀寄存器中，并且将定义功能情形的数据加载到每一个驱动器IC的数据寄存器中。然后，将数据寄存器中的数据传输至功能锁存器以控制LED驱动器IC内的功能情形。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的串行总线的低成本LED驱动器相关申请的交叉引用本申请要求通过引用整体合并于此的、于2011年10月24日提交的临时申请N0.61/550, 539 的优先权。本申请涉及下列申请:2012年I月9日提交的、题为Low Cost LED Driverwith Integral Dimming Capability (具有整体调光能力的低成本LED驱动器)的申请N0.346, 625 ；2012 年 I 月 9 日提交的、题为 Serial Lighting Interface With EmbeddedFeedback(带有嵌入式反馈的串行照明接口)的申请N0.13/346，659,每一个申请通过引用整体合并于此。
本专利技术涉及半导体器件以及用于驱动照明和显示应用中的LED的电路和方法。
技术介绍
LED越来越多地用于取代照明应用中的灯管和灯泡，照明应用包括在彩色液晶显示器(LCD)和高清晰度电视(HDTV)中提供白光作为背光。虽然LED可以用于均匀地照亮整个显示器，但是通过采用多于一串LED并将每串驱动至与特定LED串照亮的显示器的部分对应的不同亮度，提高了性能、对比度、可靠性和功率效率。“局部调光”指代能够具有这种不均匀背光亮度的背后照明系统。与采用均匀的背后照明的LCD相比，这种系统中的功率节省可以高达50%。使用局部调光，IXD对比度可以接近等离子TV的对比度。为了控制从每串LED发射的光的亮度和均匀性，必须采用特殊的电子驱动器电路以精确地控制LED电流和电压。例如，一串串联连接的“m”个LED需要约等于3.1至3.5 (通常3.3)乘以“m”的电压以连续操作。将该所需电压供应至LED串一般需要被称为DC到DC转换器或开关模式电源(SMPS)的升压或降压电压转换器和调节器。当从单个SMPS向许多LED串供电时，电源的输出电压必须超过任何一串LED所需的最高电压。由于所需的最高正向电压不能事先(apriori)知道，因此LED驱动器IC必须足够智能以使用反馈来动态调整电源电压。除了向LED串提供合适的电压，背光驱动器ID必须将每串中传导的电流精确地控制到的±2%的容限。准确的电流控制是必要的，因为LED的亮度与流过它的电流成比例，并且因为IXD的亮度变化，任何重大的(substantial)串到串电流失配将是明显的。除了控制电流之外，局部调光需要在时序和持续时间两方面中的LED照明的精确脉冲控制，以便使每一个背光区域、地点或图块的亮度与LCD屏幕中的对应图像同步。现有技术对于局部调光的需要的解决方案限制显示器的亮度并且成本高昂。例如，将LED驱动器电路和高电压陷电流晶体管的多个沟道集成的早期尝试是有问题的，因为LED串的正向电压的失配导致过度的功率消耗和过热。通过降低LED中的电流和限制串中LED的数量(为了更好的沟道到沟道电压匹配)来最小化功率消耗的尝试被证明是不经济的，需要更多LED串和更多数量的LED驱动的沟道。因此，LED背光驱动器系统的完全集成方法局限于小型显示器面板或非常昂贵的“高端” HDTV。随后的通过使用多芯片方法来减少整体显示器背光成本的尝试牺牲了必要的特征、功能、甚至安全性。例如，图1中示出的用于驱动LED的现有技术的多芯片系统包括背光控制器IC6，其驱动多个分立陷电流晶体管4A-4Q和高电压保护器件3A-3Q。背光包括16个LED串2A-2Q(共同指代为LED串2)。LED串2A-2Q中的每一个包含“m”个串联连接的LED。在实践中，每一串中的LED的数量可以在2到60的范围内。每一 LED串分别通过分立陷电流M0SFET4A-4Q中的一个来控制其电流。背光控制器IC6响应于通过高速、昂贵的串行外围接口(SPI)总线12传递的、来自背光微控制器μ C7的指令设置每一 LED串中的电流。微控制器μ C7从标量IC8接收视频和图像信息，以便确定LED串2A-2Q中的每一个所需的适当的照明电平。LED串2A-2Q由公共LED电源轨11供电，所述公共LED电源轨11由开关模式电源(SMPS) 9偏置在电压+Vm。响应于来自控制IC6的电流感测反馈信号(CSFB)生成电压+'ED。电源电压随串联连接的LED的数量“m”变化并且可以在对于10个LED的串的35伏上至对于40个LED的串的150伏的范围内。特别地对于在更高电压(例如超过100V)的操作，可选地采用分立保护器件3A-3Q，通常是高电压分立M0SFET，以固定(clamp)在陷电流晶体管4上存在的最大电压。在图1中示出的系统中，每一个组件是在分开的封装中的分立器件，仅需要其进行选择位置操作以定位并将其安装在它的印刷电路板上。对于“η”通道驱动器解决方案，每一组分立组件以及对应的LED串重复“η”次。例如，除了 SMPS9，图1中示出的16-通道背光系统需要34个组件，即微控制器7、高引脚数背光控制器IC6、16个陷电流晶体管4和16个保护器件3，以响应于从标量IC8生成的视频信息促进局部调光。该解决方案是复杂和昂贵的。除了需要大量分立组件的组装，即高材料构建(BOM)数，高引脚数封装6的封装成本也是巨大的。在图2的电路图中示出对这种大量引脚的需要，图2更详细地示出图1中示出的LED驱动器系统的通道之一 O。如图所示，每一个通道包括“m”个串联连接的LED的串21、具有集成高电压电路二极管23的保护级联钳位M0SFET22、陷电流M0SFET24以及电流感测1-精确栅极驱动器电路25。实现为由接口 IC6控制的分立组件的有源陷电流M0SFET24包括功率M0SFET，优选地具有栅极、源极和漏极连接的垂直DM0SFET。1-精确栅极驱动器电路25感测陷电流M0SFET24中的电流，并向它提供所需栅极驱动电压以传导精确的电流量。在正常操作中，陷电流M0SFET24操作在独立于其漏极到源极电压地控制恒定电流电平的其操作的饱和模式中。作为源极-漏极电压和电流同时存在的结果，在M0SFET24中消耗功率。出于两个目的需要连续测量陷电流M0SFET24的漏极电压-检测短路的LED和促进向开关模式电源(SMPS) 9反馈。在LED故障电路27中记录短路的LED的存在，并且向SMPS9反馈受电流感测反馈(CSFB)电路26的影响。总之，陷电流M0SFET24需要到控制IC6的三个连接，具体地是用于电流测量的源极连接、用于对器件加偏压以控制其电流的栅极连接以及用于故障和反馈感测的漏极连接。图2A中将每个陷电流MOSFET从而为每个通道的这三个连接描绘为穿过(cross)分立器件和控制IC之间的接口 28。即使在图2B的示意性电路图中，其中去除级联钳位M0SFET22并且陷电流M0SFET24必须维持由“HV”集成二极管23示出的高电压，每一个通道仍需要穿过接口 28的每通道3个引脚。这个每通道3-引脚的需求解释了对图1中示出的高引脚数封装6的需要。对于16-通道驱动器，每通道3个引脚需要48个引脚用于控制IC上的输出引脚。考虑SPI总线接口、模拟功能、电源等，成本高昂的64或72-引脚封装是必要的。更糟糕的是，许多TV印刷电路板组装公司不能够焊接引脚间距小于0.8或1.27mm的封装。具有0.8_引脚间距的72-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制视频显示器中的多个LED串的系统，包括：多个LED驱动器集成电路(IC)，所述LED驱动器IC中的每一个连接到所述LED串中的至少两个，所述LED串中的每一个表示通道；串行照明接口总线，所述串行照明接口总线包括在所述LED驱动器IC中的每一个中的串行移位寄存器，所述串行移位寄存器连接在菊花链中，所述LED驱动器IC中的每一个中的所述串行移位寄存器包括前缀寄存器和数据寄存器，所述LED驱动器IC的每一个中的所述前缀寄存器用于保存识别通道和/或通道内的功能的数据，所述LED驱动器IC中的每一个中的所述数据寄存器用于保存表示功能的值的数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.24 US 61/550,539;2012.01.09 US 13/346,6471.一种用于控制视频显示器中的多个LED串的系统，包括: 多个LED驱动器集成电路(IC)，所述LED驱动器IC中的每一个连接到所述LED串中的至少两个，所述LED串中的每一个表示通道； 串行照明接口总线，所述串行照明接口总线包括在所述LED驱动器IC中的每一个中的串行移位寄存器，所述串行移位寄存器连接在菊花链中，所述LED驱动器IC中的每一个中的所述串行移位寄存器包括前缀寄存器和数据寄存器，所述LED驱动器IC的每一个中的所述前缀寄存器用于保存识别通道和/或通道内的功能的数据，所述LED驱动器IC中的每一个中的所述数据寄存器用于保存表示功能的值的数据。2.如权利要求1所述的系统，还包括接口1C、分别连接到所述接口 IC以形成回路的第一 LED驱动器IC和最后的LED驱动器1C。3.如权利要求1所述的系统，其中，通道中的所述功能包含由连接到LED串的开关的占空系数、所述开关的相位延迟和在所述LED串中的电流大小组成的组中的一个或多个。4.如权利要求1所述的系统，其中，通道中的所述功能包含由定义何时LED被开路的故障标准、定义何时LED被短路的故障标准以及定义LED驱动器IC中的过温情形的故障标准组成的组中的一个或多个。5.如权利要求1所述的系统，其中，所述LED驱动器IC中的每一个还包括解码器和复用器，所述前缀寄存器耦接到所述解码器，所述解码器的输出端子耦接到所述复用器。6.如权利要求5所述 的系统，其中，所述LED驱动器IC中的每一个还包括用于保存表示通道中的功能的值的数据的锁存器，所述复用器的输出端子耦接到所述锁存器。7.如权利要求6所述的系统，其中，所述LED驱动器IC中的每一个还包括用于控制功能的控制器件，所述锁存器的输出端子耦接到所述控制器件。8.如权利要求7所述的系统，其中，所述LED驱动器IC中的每一个还包括连接到LED串的开关，所述控制器件用于控制由所述开关的占空系数、所述开关的相位延迟和在所述LED串中的电流大小组成的组中的一个或多个。9.如权利要求6所述的系统，其中，所述LED驱动器IC中的每一个还包括用于定义故障情形的故障设置器件，所述复用器的输出耦接到所述故障设置器件。10.如权利要求9所述的系统，其中，所述故障情形包括由LED驱动器IC中的开路的LED、短路的LED和过温情形组成的组中的一个或多个。11.如权利要求1所述的系统，其中，所述前缀寄存器包括通道前缀寄存器和功能前缀寄存器，所述通道前缀寄存器用于保存识别通道的数据，所述功能前缀寄存器用于保存识别功能的数据。12.如权利要求11所述的系统，其中，所述LED驱动器IC中的每一个还包括解码器和复用器，所述通道前缀寄存器和所述功能前缀寄存器耦接到所述解码器，所述解码器的输出端子耦接到所述复用器。13.如权利要求12所述的系统，其中，所述LED驱动器IC中的每一个还包括用于保存表示通道中的功能的值的数据的锁存器，所述复用器的输出端子耦接到所述锁存器。14.如权利要求13所述的系统，其中，所述LED驱动器IC中的每一个还包括用于保存表示通道中的功能的值的所述数据的锁存器，所述复用器的输出端子耦接到所述锁存器。15.如权利要求14所述的系统，其中，所述LED驱动器IC中的每一个还包括用于控制功能的控制器件，所述锁存器的输出端子耦接到所述控制器件。16.如权利要求15所述的系统，其中，所述LED驱动器IC中的每一个还包括连接到LED串的开关，所述控制器件用于控制由所述开关的占空系数、所述开关的相位延迟和所述LED串中的电流大小组成的组中的一个或多个。17.如权利要求16所述的系统，其中，所述LED驱动器IC中的每一个还包括用于定义故障情形的故障设置器件、所述复用器的输出耦接到所述故障设置器件。18.如权利要求17所述的系统，其中，所述故障情形包括由LED驱动器IC中的开路的LED、短路的LED和过温情形组成的组中的一个或多个。19.如权利要求6所述的系统，其中，所述锁存器为有效锁存器，所述系统还包括连接在所述复用器和所述有 效锁存器之间的预加载锁存器。20.如权利要求1所述的系统，其中，所述视频显示器是电视。21.如权利要求1所述的系统，其中，所述视频显示器是液晶显示器。22.—种LED驱动器集成电路(1C)，所述LED驱动器IC连接到视频显示器中的一个或多个LED串，所述LED串中的每一个表示通道，所述LED驱动器IC包括: 前缀寄存器，其用于保存识别通道和/或通道内的功能的数据；以及 数据寄存器，其用于保存表示功能的值的数据。23.如权利要求22所述的LED驱动器1C，还包括解码器和复用器，所述前缀寄存器耦接到所述解码器，所述解码器的输出端子耦接到所述复用器。24.如权利要求23所述的LED驱动器1C，还包括用于保存表示通道中的功能的值的数据的锁存器，所述复用器的输出端子耦接到所述锁存器。25.如权利要求24所述的LED驱动器1C，还包括用于控制功能的控制器件，所述锁存器的输出端子耦接到所述控制器件。26.如权利要求25所述的LED驱动器1C，还包括连接到LED串的开关，所述控制器件用于控制由所述开关的占空系数、所述开关的相位延迟和在所述LED串中的电流大小组成的组中的一个或多个。27.如权利要求26所述的LED驱动器1C，还包括用于定义故障情形的故障设置器件，所述复用器的输出耦接到所述故障设置器件。28.如权利要求27所述的LED驱动器1C，其中，所述故障情形包括由LED驱动器IC中的开路的LED、短路的LED和过温情形组成的组中的一个或多个。29.如权利要求23所述的LED驱动器1C，其中，所述解码器包括第一组大小比较器以及第二组大小比较器，所述第一组大小比较器中的每一个的输入端子连接到所述通道前缀寄存器中的位存储位置，所述第二组大小比较器中的每一个的输入端子连接到...

【专利技术属性】
技术研发人员：RK威廉斯，K丹格洛，DA布朗，
申请(专利权)人：先进模拟科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US